Как рестрикционные ферменты используются в биотехнологии?

В биотехнологической промышленности используются рестрикционные ферменты для картирования ДНК, а также для ее разрезания и сращивания для использования в генной инженерии. Обнаруженный в бактериях рестрикционный фермент распознает и присоединяется к определенной последовательности ДНК, а затем разрывает основы двойной спирали. Как сообщает Dolan DNA Learning Center, неровные или «липкие» концы, образовавшиеся в результате разреза, соединяются ферментом лигазой. Ферменты рестрикции привели к значительному прогрессу в биотехнологии.

Согласно Access Excellence, ученые Вернер Арбор и Стюарт Линн идентифицировали два фермента, которые предотвращали рост вирусов в E. coli в 1960-х годах. Они обнаружили, что один из ферментов, называемый «рестрикционной нуклеазой», разрезает ДНК в различных точках по длине цепи ДНК. Однако этот фермент разорвал молекулу в случайных местах. Биотехнологам был нужен инструмент, который мог бы последовательно разрезать ДНК на целевых участках.

В 1968 г. Смит, К. Уилкокс и Т.Дж. Келли выделил первый рестрикционный фермент, HindII, который многократно нарезанные молекулы ДНК в определенном месте - центре последовательности - в Johns Hopkins Университет. По данным Access Excellence, с того времени среди 230 штаммов бактерий было идентифицировано более 900 рестрикционных ферментов.

Согласно «Медицинской энциклопедии», геномы ДНК можно картировать с помощью рестрикционных ферментов. Установив порядок точек рестрикционного фермента в геноме, то есть места, где фермент будет прикрепляться, ученые могут анализировать ДНК. Этот метод, известный как полиморфизм длины рестрикционного фрагмента, может быть полезен при типировании ДНК, особенно когда необходимо проверить идентичность фрагмента ДНК с места преступления.

Использование рестрикционных ферментов имеет решающее значение для создания рекомбинантной ДНК, которая представляет собой связывание фрагментов ДНК двух неродственных организмов. В большинстве случаев плазмида (бактериальная ДНК) сочетается с геном из второго организма. В ходе этого процесса рестрикционные ферменты будут переваривать или вырезать ДНК как бактерий, так и другого организма, в результате чего получаются фрагменты ДНК с совместимыми концами, сообщает Медицинская энциклопедия. Эти концы затем склеиваются с помощью другого фермента или лигазы.

По данным Университета Стратклайда в Глазго, существует три основных типа рестрикционных ферментов. Тип I различает определенную последовательность вдоль молекулы ДНК, но разделяет только одну цепь двойной спирали. Кроме того, он испускает нуклеотиды в месте разреза. Другой фермент должен продолжить работу, чтобы разрезать вторую цепь ДНК. Тип II распознает конкретную последовательность и разрезает обе нити ДНК вблизи или внутри целевого сайта. Тип III разрезает две нити ДНК на заданном расстоянии от сайта узнавания.